En kompleks syntetisk vaccine baseret på DNA molekyler

På jagt efter måder at skabe en sikrere og mere effektive vacciner, forskere fra Institut for Bioproektirovaniya State University i Arizona (Biodesign Institute ved Arizona State University) henvendte sig til en lovende retning kaldes DNA nanoteknologi (DNA nanoteknologi), for at få en helt ny type af syntetiske vacciner.

Arbejde på undersøgelse offentliggjort for nylig i tidsskriftet Nano Letters, en immunolog Yung Chang (Yung Chang) fra Institut for Bioproektirovaniya gået sammen med deres kolleger, blandt hvilke nævner en anerkendt ekspert på DNA nanoteknologi Hao Yang (Hao Yan), til at syntetisere en første verdens vaccine kompleks, som kan leveres sikkert og effektivt til de ønskede steder ved at placere det på selvorganiserende, bulk DNA nanostrukturer.

"Når Hao foreslog at overveje DNA'et ikke som et genetisk materiale, men som en arbejdsplatform, jeg fik den idé at anvende denne fremgangsmåde i Immunologi", - siger Chang, lektor i Life Sciences School (School of Life Sciences) og en forsker ved Center for Infektionsmedicinsk og vaccinen ved Institut for Bio-Projektering. "Dette skulle give os en fremragende mulighed for at bruge DNA-bærere til at skabe en syntetisk vaccine."

"Hovedspørgsmålet var: er det sikkert? Vi ønskede at reproducere en gruppe af molekyler, som kunne forårsage et sikkert og kraftigt immunrespons i kroppen. Siden teamet under ledelsen af Hao de sidste par år har været involveret i udformningen af forskellige DNA nanostrukturer, begyndte vi at arbejde sammen for at finde potentielle anvendelsesområder for sådanne strukturer inden for medicin. "

Den unikke fremgangsmåde foreslået af forskere fra Arizona ligger i, at bæreren af antigenet er et DNA-molekyle.

Den tværfaglige forskerhold også inkluderet: ph.d.-studerende i biokemi ved University of Arizona, den første forfatter af papiret Syaovey Liu (Xiaowei Liu), professor Yang Su (Yang Xu), Biokemi lektor Yang Liu (Yan Liu), en studerende fra School of Biosciences Craig Clifford (Craig Clifford) og Tao Yu (Tao Yu), en kandidatstuderende fra Sichuan University i Kina.

Chang understreger, at den udbredte introduktion af vaccination af befolkningen har ført til en af de mest betydningsfulde triumfer i den offentlige medicin. Kunsten at skabe vacciner er baseret på genteknologi ved konstruktion af viruslignende partikler fra proteiner, der stimulerer immunsystemet. Sådanne partikler er ens i struktur til virkelige vira, men indeholder ikke de farlige genetiske komponenter, der forårsager sygdom.

En vigtig fordel ved DNA nanoteknologi, hvori et biomolekyle kan gives en to- eller tredimensional form, er muligheden for meget præcise metoder til at skabe molekyler, der kan udføre de funktioner, der er typiske for det naturlige molekyle i kroppen.

"Vi eksperimenterede med forskellige størrelser og former af DNA-nanostrukturer og vedhæfte biomolekyler for at se, hvordan de reagerer på kroppen," - siger Yang, direktør for Institut for Kemi og Biokemi, en forsker ved Center for Biofysik af enkelte molekyler (Center for Single Molecule Biofysik) ved Institut for Bio-Projektering. Takket være den tilgang, som forskere kalder "biomimicry", nærmer de vaccinekomplekser, der testes af dem, i størrelse og form til de naturlige viruspartikler.

At vise dets muligheder for at koncept, forskerne fastgøres imunnostimuliruyuschy protein streptavidin (STV), samt forøgelse af immunresponset på lægemidlet i individuelle CpG oligodeoksinukletid pyramideformede forgrenede DNA-strukturer, der ville tillade dem at komme i slutningen en syntetisk vaccine kompleks.

Først og fremmest måtte den videnskabelige gruppe bevise, at målceller kan absorbere nanostrukturer. Ved at vedhæfte et lysemitterende etiketmolekyle til nanostrukturen har forskerne konstateret, at nanostrukturen finder sin rette plads i cellen og forbliver stabil i flere timer - lang nok til at fremkalde et immunrespons.

Så i forsøg på mus, videnskabsfolk praktiseres vaccine levering "belastning" til cellerne, som er den første i en kæde fungerende immunreaktion, den koordinerende samspil mellem forskellige komponetntami lignende antigenpræsenterende celler, herunder makrofager, dendritiske celler og B-celler. Efter nanostruktur ind i cellen, er de "analyseret" og "viste" på celleoverfladen, således at de genkender T-celler, hvide blodlegemer (røde blodlegemer), som spiller en central rolle i processen med at iværksætte en beskyttende reaktion af kroppen. T-celler hjælper igen B-celler med antistoffer mod fremmede antigener.

For pålideligt at teste alle varianter injicerede forskerne i cellerne både det komplette vaccinkompleks og STV-antigenet separat såvel som STV-antigenet blandet med CpG-forstærkeren.

Efter perioden på 70 dage, fandt forskerne, at mus immuniseret med fuld vaccine kompleks udviste et immunrespons, som er 9 gange stærkere i forhold til blandingen forårsaget af CpG c STV. Den mest mærkbare reaktion blev initieret af strukturen af den tetraedrale (pyramidale) form. Imidlertid immunresponset på vaccinen kompleks genkendes ikke kun den specifikke (dvs. Kroppens reaktion på et specifikt antigen, der anvendes af eksperimentatorerne) er og effektiv, men også sikkert, hvilket fremgår af manglen på immunrespons administreres til celler "tomme" DNA (ingen bærende biomolekyler).

"Vi var meget tilfredse," siger Chang. "Det er så vidunderligt at se de resultater, vi selv forudsagde. Dette sker ikke ofte i biologi. "

Fremtiden for den farmakologiske industri for målrettede lægemidler

Nu reflekterer et team af forskere om mulige udsigter til en ny metode til stimulering af specifikke immunceller for at udløse en reaktion ved hjælp af en DNA-platform. På baggrund af den nye teknologi er det muligt at skabe vacciner, der består af flere aktive stoffer, og også at ændre målene for regulering af immunresponset.

Desuden har den nye teknologi potentialet til at udvikle nye metoder til målrettet behandling, især produktion af "målrettede" stoffer, som leveres til strengt udpegede områder af kroppen og derfor ikke giver farlige bivirkninger.

Endelig, på trods af at DNA-retningen stadig udvikler sig, har forskernes videnskabelige arbejde fra Arizona en alvorlig anvendt betydning for medicin, elektronik og andre områder.

Chang og Yang erkender, at meget mere skal læres og optimeres i den vaccinationsmetode, der præsenteres af dem, men værdien af opdagelsen er ubestridelig. "Med praktisk bekræftelse af vores koncept kan vi nu producere syntetiske vacciner med et ubegrænset antal antigener," konkluderer Chang.

Finansiel støtte til videnskabeligt arbejde blev ydet af det amerikanske forsvarsministerium og de nationale institutter for sundhed.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]